基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NSGA‑II的自动化仓储货位分配优化方法，结合货物信息，采用ABC分类分析方法进行货物分类；确定自动化仓储货位分配方法的优化目标和约束条件；建立有约束的多目标优化问题数学模型；采取基于NSGA‑II的优化算法对该模型进行求解，获得最优的Pareto解集，并根据自动化仓储空间实际具体情况分配优化权重获得唯一的非支配解为最优解。发明专利技术能够适用于中小型自动化仓储如智能快递柜、智能售货机、自助存取柜，能够有效的提高自动化仓储空间利用率和货物存取执行效率，减轻工作人员的工作强度，大大降低了人力成本和装置维护成本，提高了自动化仓储的安全性和可靠性，有较好的实用价值和广阔的应用价值。

Optimization method of automatic storage location allocation based on NSGA-II

【技术实现步骤摘要】
基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法
本专利技术涉及自动化仓储
，特别是一种基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法。
技术介绍
随着现代物流系统的快速发展，传统的平面仓库以其占地面积大，空间利用率低且陈旧落后，被逐步淘汰，在此背景下自动化立体仓库应运而生，但是目前的自动化立体仓库存在制造成本高、建设周期长、通用性差、劳动密集等问题，因此智能化、小型化、集成化的小型密集仓储系统的市场需求量逐步增大，尤其是像智能快递柜、自助存取柜等自动化仓储设施，但是目前智能快递柜主要都是人工存放，常出现因为存放位置不合理或货柜高度设置不合理导致一部分货位闲置时间过长而一部分货位却没有充分使用的现象。这种传统的缺乏货位分配优化机制的“静态存储”模式严重降低了货柜存储空间的使用率和货物存取效率。如何建立货位分配优化模型来保证自动化仓储的高效运行成为了小型密集仓储系统的首要目标和技术要求，这种有约束的多目标优化数学模型往往都是将多目标通过分配权重转化成单目标问题处理，但权重的分配一般需要经验做支撑，难以解决真正的多目标优化；并且通常采用遗传算法，但是会存在早熟现象，收敛性得不到保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，所述方法包括以下步骤：(1)基于条形码信息识别货物，并结合货物的质量和尺寸信息对货物进行ABC分类，将货位按照扇形分区，确定三类货物存储位置；(2)确定自动化仓储货位分配方法的优化目标和约束条件；(3)建立与之相对应的自动化仓储货位分配优化方法的有约束的多目标优化问题数学模型；(4)采用基于NSGA-II的多目标优化算法对该数学模型进行求解，获得最优的Pareto解集，并根据自动化仓储空间的实际情况分配优化权重求取唯一的非支配解作为该多目标优化问题的最优解。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术提供的基于NSGA-II货位分配方法针对多目标优化模型有较好的求解效果，克服了传统优化方法约束条件的无法解决等问题，提高了全局收敛性；(2)基于NSGA-II算法求解得到的是Pareto解集，操作人员可以根据实际经验从一系列可行解中通过权值优化选取最优解作为现场工程用；(3)基于NSGA-II的多目标优化算法在种群规模相同的情况下需要的进化代数明显少于改进前的算法，具有更好的搜索能力，最优边界中的非重复最优解的分布更均匀；(4)基于尺寸质量及条形码多信息融合并结合货位分配优化机制能够柔性分配存储空间，提高货柜空间利用率，提高货物存取效率；(5)便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平，减轻劳动强度；(6)该货位分配调度优化研究还可应用除智能快递柜之外的自助寄存柜，在自动售货机行业中也具有较高的推广应用价值和社会意义，具有较强的实用性和可靠性。附图说明图1是本专利技术基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法流程图。图2是本专利技术基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法的分类原则示意图。图3是本专利技术基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法的货物ABC分类评价机制示意图。图4是本专利技术基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法的NSGA-II优化算法求解流程图。具体实施方式NSGA-II是多目标优化领域中较为优秀的算法之一，它把多目标优化的思想应用到遗传算法中，并采用快速非支配排序，使得NSGA-II可以同时优化多个目标函数。NSGA-II具有时间复杂度低，收敛速度快，解集分布均匀等优点，在许多工程领域都取得了不错的优化效果。本专利技术提出一种基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，包括以下步骤：(1)基于条形码信息识别货物，并结合货物的质量和尺寸信息对货物进行ABC分类，将货位按照扇形分区，确定三类货物存储位置；(2)确定自动化仓储货位分配方法的优化目标和约束条件；(3)建立与之相对应的自动化仓储货位分配优化方法的有约束的多目标优化问题数学模型；(4)采用基于NSGA-II的多目标优化算法对该数学模型进行求解，获得最优的Pareto解集，并根据自动化仓储空间的实际情况分配优化权重求取唯一的非支配解作为该多目标优化问题的最优解。进一步的，步骤(1)中，将自动化仓储空间分为两部分，一部分是工作操作区，一部分为仓储区；其中工作区包括人机操作界面和出入库操作平台；仓储区包括i层j列的货架，其中单元柜格由大小底长为L米，高度为H米，深度为D米尺寸组成；并且利用三轴移动装置移动托盘实现柔性调节单位柜格尺寸。进一步的，基于条形码信息识别的ABC分类分析方法具体为：条形码是货物身份识别的标志，以图像方式存储货物的信息数据；除条形码信息外，货物分类遵循的原则包括：重力原则，即分散存取；货物存取最短路径原则，将货物优先安排在入库存取平台近的柜格存放；黄金区域分配原则，即将高频率存取的货物优先离出库口较近处存放；安全性原则，体积较大的放置在仓储区下方；将以上原则按权重系数建立综合评价机制，将货物分成ABC三类，同时将货区以货物存取频率为依据进行扇形分区，A类货物存放在靠近出入库载物平台即扇形分区边缘位置处，B类货物存放在扇形分区的中心部分，C类货物存放在离出入库口距离较远柜格即扇形中心处；建立综合评价机制的条件如下：自动化仓储货柜总载重为M，第i层j列的货物质量为mij，整个仓储空间的尺寸S分为大中小三类Sij，其对应的存取频率pij取值区间为[0,1]，若根据条形码信息判断多个货物为同一入库者则定义这些货物之间的相关性为α＝1，否则α＝0，质量、尺寸和条形码相关性三类判别权重分别为w1，w2，w3，E为最终评价结果；具体的ABC分类法综合评价机制公式如下：其中评价机制结果分类判定如下：其中，E＝40％时为B类货物，E＝80％时为C类货物。进一步的，首先将单元柜格根据实际使用状况即存取货物类型进行扇形分区，然后在每一库区中按照货位分配优化策略，建立自动化仓储货位分配优化方法的有约束的多目标优化问题数学模型，具体如下：货位分配优化目标与约束条件：(1)单位柜格货物质量与所在层和列坐标位置的乘积之和最小；(2)单位柜格的货物存取频率和运输货物时三轴移动平台总运行时间最小；货位分配的有约束的多目标优化问题数学模型：约束条件为：且i,j为正整数其中，f1为单元柜格货物的质量与其所在层的乘积之和，mij为第i层j列的货物质量；f2为货物的存取频率和三轴移动平台运行时间乘积总和；tij为第i层j列的货物搬运到出库口所需要时间；三轴移动平台垂直运行速度为vx，水平运行速度为vy，横向运行速度vz，其中单位柜格底长为L米，高度为H米，深度为D米。进一步的，采用基于NSGA-II的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)基于条形码信息识别货物，并结合货物的质量和尺寸信息对货物进行ABC分类，将货位按照扇形分区，确定三类货物存储位置；/n(2)确定自动化仓储货位分配方法的优化目标和约束条件；/n(3)建立与之相对应的自动化仓储货位分配优化方法的有约束的多目标优化问题数学模型；/n(4)采用基于NSGA-II的多目标优化算法对该数学模型进行求解，获得最优的Pareto解集，并根据自动化仓储空间的实际情况分配优化权重求取唯一的非支配解作为该多目标优化问题的最优解。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)基于条形码信息识别货物，并结合货物的质量和尺寸信息对货物进行ABC分类，将货位按照扇形分区，确定三类货物存储位置；
(2)确定自动化仓储货位分配方法的优化目标和约束条件；
(3)建立与之相对应的自动化仓储货位分配优化方法的有约束的多目标优化问题数学模型；
(4)采用基于NSGA-II的多目标优化算法对该数学模型进行求解，获得最优的Pareto解集，并根据自动化仓储空间的实际情况分配优化权重求取唯一的非支配解作为该多目标优化问题的最优解。


2.根据权利要求1中所述的基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，其特征在于，将自动化仓储空间分为两部分，一部分是工作操作区，一部分为仓储区；其中工作区包括人机操作界面和出入库操作平台；仓储区包括i层j列的货架，其中单元柜格由大小底长为L米，高度为H米，深度为D米尺寸组成；并且利用三轴移动装置移动托盘实现柔性调节单位柜格尺寸。


3.根据权利要求1中所述的基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，其特征在于，基于条形码信息识别的ABC分类分析方法具体为：
条形码是货物身份识别的标志，以图像方式存储货物的信息数据；
除条形码信息外，货物分类遵循的原则包括：重力原则，即分散存取；货物存取最短路径原则，将货物优先安排在入库存取平台近的柜格存放；黄金区域分配原则，即将高频率存取的货物优先离出库口较近处存放；安全性原则，体积较大的放置在仓储区下方；
将以上原则按权重系数建立综合评价机制，将货物分成ABC三类，同时将货区以货物存取频率为依据进行扇形分区，A类货物存放在靠近出入库载物平台即扇形分区边缘位置处，B类货物存放在扇形分区的中心部分，C类货物存放在离出入库口距离较远柜格即扇形中心处；
建立综合评价机制的条件如下：自动化仓储货柜总载重为M，第i层j列的货物质量为mij，整个仓储空间的尺寸S分为大中小三类Sij，其对应的存取频率pij取值区间为[0,1]，若根据条形码信息判断多个货物为同一入库者则定义这些货物之间的相关性为α＝1，否则α＝0，质量、尺寸和条形码相关性三类判别权重分别为w1，w2，w3，E为最终评价结果；具体的ABC分类法综合评价机制公式如下：



其中
评价机制结果分类判定如下：





4.根据权利要求3中所述的基于NSGA-II的自动化仓储货位分配优化方法，其特征在于，首先将单元柜格根据实际使用状况即存取货物类型进行扇形分区，然后在每一库区中按照货位分配优化策略，建立自动化仓储货位分配优化方法的有约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲玉，樊卫华，沈超，许松伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32